L’aéronautique allégée : comment gagner une tonne par avion grâce à l’impression 3D?

Imagine-toi dans le cockpit d’un A380, prêt pour le décollage. Les moteurs vrombissent, l’avion s’élance sur la piste, et chaque kilo compte pour prendre son envol. Chaque gramme économisé se traduit par moins de carburant consommé et moins d’émissions rejetées dans l’atmosphère. C’est dans ce contexte que l’impression 3D révolutionne l’industrie aéronautique.

TH Industries, basée à Sarrigné près d’Angers, s’est positionnée dans ce secteur innovant. Fondée en 2013 par Dominique Droniou, cette entreprise combine une expertise en conception d’outillages de mesure pour laser tracker et en impression 3D industrielle. Avec un parc de près de 50 imprimantes 3D, dont certaines permettant des impressions grand format, TH Industries s’est imposée comme un acteur important dans la région d’Angers.

Ce qui était autrefois un rêve d’ingénieur devient réalité : la masse d’un avion peut désormais être réduite jusqu’à une tonne complète grâce à l’impression 3D. Pour illustrer concrètement cette avancée, prenons l’exemple d’un support d’articulation de nacelle réacteur. Traditionnellement, cette pièce cruciale qui maintient le moteur à l’aile était usinée à partir d’un bloc massif de titane. Après des heures d’usinage, on obtenait une pièce fonctionnelle, certes, mais dont 70% du matériau initial partait en copeaux. Avec l’impression 3D, la pièce est construite couche par couche, en déposant le matériau exactement là où il est nécessaire.

Le marché de l’impression 3D aéronautique connaît une croissance fulgurante, et cette tendance devrait se poursuivre dans les années à venir. Cette expansion s’explique par les bénéfices tangibles que cette technologie apporte aux constructeurs et équipementiers du secteur.

Dans quelques jours, au salon Rapid.Tech 3D qui se tiendra du 13 au 15 mai 2025 à Erfurt en Allemagne, de nombreuses innovations en matière d’allègement des structures aéronautiques seront présentées. Une occasion unique d’échanger avec les acteurs du secteur et de découvrir comment l’impression 3D redessine littéralement le ciel.

Le titane imprimé en 3D : comment les supports de nacelles font perdre 10 kg aux avions?

Tu t’es déjà demandé comment un A380, ce géant des airs de 575 tonnes, parvient à s’élever dans le ciel? Chaque gramme compte, et c’est précisément pourquoi les supports d’articulation de nacelles réacteur imprimés en 3D représentent une avancée si cruciale.

Ces supports, que l’on pourrait comparer aux articulations qui relient tes bras à tes épaules, ont la lourde responsabilité de maintenir les moteurs fixés à l’aile. Un rôle vital, n’est-ce pas? Traditionnellement fabriqués par usinage, ils nécessitaient d’extraire une pièce d’un bloc massif de titane, générant jusqu’à 80% de déchets matériels. C’était comme sculpter un cure-dent dans un tronc d’arbre entier – pas vraiment l’idéal en termes d’efficacité!

Grâce à la fusion laser sur lit de poudre (SLM), l’industrie est désormais capable de produire ces mêmes supports avec une réduction de poids spectaculaire. Pour un ensemble complet de supports de nacelle, cela peut représenter une économie de 10 kg par avion. Ça semble peu? Multiplie ce chiffre par les milliers d’avions en service dans le monde, et par leur durée de vie moyenne de 25 ans. Le calcul est vertigineux: chaque kilogramme économisé par avion représente un gain considérable en termes de consommation de carburant sur la durée de vie de l’appareil.

TH Industries, avec son parc de près de 50 imprimantes 3D, contribue à cette évolution. Les technologies d’impression 3D évoluent à une vitesse fulgurante, ouvrant la voie à des applications encore plus ambitieuses dans le domaine aéronautique.

Des blocs vannes 35% plus légers : la révolution invisible qui change tout

As-tu déjà essayé de courir avec un sac à dos alourdi de 35% de son poids normal? C’est exactement ce que faisaient les avions avant l’arrivée des blocs vannes d’actionneur en titane imprimés en 3D. Ces composants cruciaux, souvent cachés au regard des passagers, orchestrent la chorégraphie hydraulique qui permet aux gouvernes de contrôler le vol de l’appareil.

Le bloc valve d’actionneur de spoiler développé par Liebherr-Aerospace pour l’Airbus A380 illustre parfaitement cette révolution discrète. Grâce à l’impression 3D, ce composant affiche désormais une réduction de poids de 35% par rapport à son équivalent forgé en titane traditionnel. Des exploits encore plus impressionnants ont été réalisés par d’autres acteurs du secteur, avec des réductions de poids allant jusqu’à 83% pour certains blocs hydrauliques.

Comment est-ce possible? La magie réside dans l’optimisation topologique et les structures en treillis. Ces motifs géométriques interconnectés répétitifs permettent de créer des composants à la fois légers et incroyablement résistants.

Le plus fascinant dans cette histoire? Ces blocs vannes ne sont pas de simples pièces esthétiques. Ils doivent résister à des pressions hydrauliques extrêmes, à des variations de température importantes et à des contraintes mécaniques constantes pendant des milliers d’heures de vol. 

L’impression 3D relève tous ces défis tout en offrant un avantage de poids considérable.

TH Industries dispose dans son parc d’imprimantes spécialisées capables de travailler avec des matériaux techniques avancés comme le PEEK, résistant à des températures allant jusqu’à 250°C. Ces thermoplastiques haute performance offrent une alternative viable au métal pour certaines applications, poussant encore plus loin les possibilités d’allègement.

Quand on considère l’impact sur toute une flotte d’avions, ces réductions de poids apparemment modestes deviennent significatives en termes d’économies de carburant et de réduction des émissions.

Certifications EASA et FAA : quand l’impression 3D prend officiellement son envol

« C’est bien beau tout ça, mais est-ce vraiment sûr? » Cette question, on l’entend souvent lors des salons professionnels. Et elle est légitime: quand il s’agit de voler à 10 000 mètres d’altitude, la confiance n’est pas une option, c’est une nécessité absolue.

La bonne nouvelle, c’est que l’impression 3D pour les composants aéronautiques n’est plus dans un flou réglementaire. Les autorités de certification comme l’EASA (Agence Européenne de la Sécurité Aérienne) et la FAA (Federal Aviation Administration américaine) ont développé des cadres rigoureux pour évaluer et certifier les pièces produites par fabrication additive.

L’approche de l’EASA est principalement guidée par son mémorandum de certification CM-S-008, actuellement en version 04 (2024). Ce document constitue la pierre angulaire de l’approche réglementaire pour la fabrication additive dans les applications aérospatiales, fournissant des orientations claires sur la conception, la fabrication, la maintenance et la réparation des pièces aéronautiques imprimées en 3D.

Du côté américain, la FAA a considérablement fait évoluer son approche depuis 2015, lorsqu’elle a lancé son équipe nationale de fabrication additive (AMNT). Les Federal Aviation Regulations (FARs), les Technical Standard Orders (TSOs) et les Advisory Circulars (ACs) établissent désormais un cadre complet pour l’utilisation de cette technologie dans le secteur aéronautique.

Ces avancées réglementaires ont ouvert la voie à des applications de plus en plus critiques. En 2020, Honeywell a obtenu la certification FAA pour le premier composant critique de moteur construit par fabrication additive – un boîtier de roulement pour le moteur turbofan ATF3-6. Les injecteurs de carburant de GE Aviation pour les moteurs LEAP ont également reçu une double certification de la FAA et de l’EASA.

Plus récemment, en collaboration avec Premium AEROTEC, Lufthansa Technik a développé la première pièce métallique de charge imprimée en 3D approuvée pour utilisation sur un aéronef – un « A-Link » utilisé dans le système antigivrage du moteur IAE-V2500. 

Une preuve supplémentaire que l’impression 3D est désormais reconnue comme une méthode de fabrication fiable pour des composants critiques.

L’impact économique et environnemental : au-delà des grammes économisés

Parlons chiffres concrets. Lorsqu’un avion est allégé, les économies se manifestent à plusieurs niveaux. D’abord, il y a la réduction directe de la consommation de carburant – moins de poids à transporter signifie moins d’énergie nécessaire pour voler. Sur la durée de vie d’un appareil, ces économies s’accumulent et deviennent substantielles.

Ensuite, il y a les économies réalisées pendant la fabrication elle-même. Les ratios achat-vol (matériau acheté vs. utilisé dans le composant final) sont considérablement améliorés, passant de ratios traditionnels très élevés à près de 1:1 avec l’impression 3D. 

En d’autres termes, presque tout le matériau acheté se retrouve dans la pièce finale, contrairement à l’usinage traditionnel où l’essentiel part en copeaux.

Les coûts de production sont également réduits grâce à la consolidation des pièces. Un assemblage qui nécessitait auparavant 20 composants distincts peut désormais être imprimé en une seule pièce, éliminant les opérations d’assemblage, de soudure et de test intermédiaires. Moins de pièces signifie moins de stock, moins de logistique, moins de risques de défaillance.

Du côté environnemental, les bénéfices sont tout aussi impressionnants. Les méthodes additives utilisent uniquement le matériau requis pour la pièce, contrairement aux méthodes soustractives qui peuvent gaspiller la majorité de la matière première. Cette approche est intrinsèquement plus éco-responsable.

La réduction du poids des avions se traduit directement par une diminution des émissions de CO2. Moins de carburant brûlé signifie moins de gaz à effet de serre rejetés dans l’atmosphère. Dans un contexte où l’industrie aéronautique est sous pression pour réduire son impact environnemental, chaque kilogramme économisé compte.

Enfin, n’oublions pas le « time-to-market ». Des cycles de développement plus courts, des itérations de conception plus rapides et une mise en production accélérée signifient moins de ressources consommées dans le processus global de développement d’un nouvel aéronef. Un avantage compétitif décisif dans un marché où l’innovation est reine.

Comment TH Industries contribue à l’innovation aéronautique

Depuis ses débuts en 2013 à Sarrigné, TH Industries a évolué pour s’adapter aux exigences de diverses industries, dont l’aéronautique. Son fondateur, Dominique Droniou, a démarré avec une expertise approfondie dans les outillages de mesure pour laser tracker, avant de diversifier rapidement l’activité vers l’impression 3D industrielle. 

Aujourd’hui, le parc de près de 50 imprimantes 3D fait de TH Industries l’un des acteurs importants de la région angevine.

Ce qui distingue TH Industries est sa double expertise, rare dans le paysage industriel français. D’un côté, l’entreprise maîtrise les outillages de précision pour la métrologie. De l’autre, elle exploite un parc machines conséquent pour l’impression 3D de composants techniques.

TH Industries dispose d’imprimantes grand format permettant la production de pièces de dimensions importantes. Ses imprimantes spécialisées permettent de travailler avec des matériaux techniques avancés comme le PEEK (résistant jusqu’à 250°C), l’ULTEM (PEI) ou le PPS, adaptés pour des applications soumises à des contraintes thermiques importantes.

L’entreprise a établi des relations avec des clients prestigieux comme Airbus, Dassault Aviation et Airbus Atlantic (anciennement Stelia). Ces relations, construites sur plusieurs années, témoignent de la capacité de TH Industries à répondre aux besoins de l’industrie aéronautique.

L’innovation fait partie de l’ADN de TH Industries. Récemment, un partenariat avec Versoo a permis d’explorer l’utilisation de filaments recyclés pour certaines applications, ouvrant la voie à une fabrication plus respectueuse de l’environnement. 

L’entreprise participe régulièrement à des salons comme l’Aerospace Additive Manufacturing Summit à Toulouse, le Salon 3D Print à Lyon et le SEPEM à Angers.

Si tu souhaites découvrir comment TH Industries peut contribuer à tes projets, l’entreprise participe régulièrement à plusieurs salons professionnels comme le Salon 3D Print à Lyon, le SEPEM à Angers ou l’Aerospace Additive Manufacturing Summit à Toulouse.

Vers les avions de demain : l’impression 3D comme moteur d’innovation

L’avenir s’annonce passionnant! Les avancées en impression 3D aéronautique ne font que commencer, et plusieurs tendances émergentes méritent d’être surveillées de près.

L’intégration de l’intelligence artificielle et de l’apprentissage automatique dans les processus de conception et d’impression transformera radicalement notre approche. Imagine des logiciels qui génèrent automatiquement des milliers de variations d’une pièce, testent virtuellement chacune d’elles, et identifient la configuration optimale en termes de poids, résistance et coût de production. 

Cette révolution est déjà en marche dans plusieurs entreprises du secteur.

De nouveaux matériaux spécifiquement conçus pour la fabrication additive dans des environnements aérospatiaux extrêmes voient également le jour. Ces « super-matériaux » combinent légèreté, résistance thermique, propriétés mécaniques exceptionnelles et facilité d’impression. Le GRX-810, un superalliage de nickel renforcé par dispersion d’oxyde développé par la NASA spécifiquement pour l’impression 3D, en est un parfait exemple.

Plus audacieux encore: les capacités de fabrication dans l’espace. Des entreprises comme Made In Space travaillent déjà sur des imprimantes 3D capables de fonctionner en microgravité. Ces technologies pourraient révolutionner la maintenance et la construction spatiales, permettant de fabriquer des pièces de rechange ou même des structures entières directement en orbite, sans nécessiter de coûteux lancements depuis la Terre.

La durabilité occupe une place centrale dans cette évolution. Des systèmes de matériaux en boucle fermée, où les déchets d’impression sont recyclés pour créer de nouveaux filaments, promettent de réduire drastiquement l’empreinte environnementale de la fabrication additive. Cette approche circulaire s’inscrit parfaitement dans la transition écologique que connaît l’industrie aéronautique.

Enfin, nous assistons à une augmentation significative des volumes de production. Ce qui était autrefois une technologie de niche, principalement utilisée pour le prototypage, devient progressivement une méthode de fabrication standard pour des séries de plus en plus importantes. GE Aviation a déjà produit plus de 100 000 injecteurs de carburant imprimés en 3D pour ses moteurs LEAP, démontrant la maturité industrielle de cette technologie.

Ces développements convergent vers un objectif commun: des aéronefs plus légers, plus efficaces, plus économes en carburant et moins polluants. À l’avenir, l’impression 3D continuera de jouer un rôle crucial dans l’évolution de l’aéronautique.

Pour conclure, l’impression 3D n’est pas simplement une technologie de fabrication alternative; c’est un véritable catalyseur d’innovation qui redéfinit les limites du possible dans l’industrie aéronautique. TH Industries, avec son parc machines diversifié et son expertise technique, participe à cette évolution passionnante.

P.S.: Un ingénieur aéronautique a récemment demandé à un fournisseur d’impression 3D s’il pouvait imprimer une pièce « aussi légère que possible ». Il a reçu un fichier STL vide. Il n’a pas ri. Certaines blagues ne décollent pas, même dans l’aéronautique! 😄

Questions fréquentes

Quelle réduction de poids peut-on espérer en passant à l’impression 3D pour des composants aéronautiques?

Les réductions typiques se situent entre 25% et 45%, mais peuvent atteindre 80% dans certains cas spécifiques. Pour un avion commercial, l’adoption généralisée de pièces imprimées en 3D peut représenter une réduction de poids totale de plusieurs centaines de kilos.

Les pièces imprimées en 3D sont-elles aussi résistantes que les pièces usinées traditionnellement?

Oui, et dans certains cas, elles peuvent même être plus résistantes grâce à des structures optimisées impossibles à réaliser avec les méthodes traditionnelles. Les pièces en titane imprimées en 3D peuvent offrir des propriétés mécaniques équivalentes ou supérieures à leurs homologues forgées.

Comment s’assurer de la certification d’une pièce imprimée en 3D pour l’aéronautique?

Les pièces doivent suivre un processus rigoureux conforme aux exigences de l’EASA (CM-S-008) ou de la FAA. Ce processus inclut la validation des matériaux, la qualification du processus d’impression, des tests destructifs sur échantillons, et une documentation exhaustive de chaque étape de fabrication.

Quels sont les matériaux les plus utilisés pour l’impression 3D de composants aéronautiques?

Pour les applications métalliques, le Ti-6Al-4V (titane) est très courant, suivi par les alliages d’aluminium et les superalliages à base de nickel comme l’Inconel 718. Pour les applications polymères, le PEEK et l’ULTEM 9085 (certifié FAA) sont les plus répandus. TH Industries travaille notamment avec des matériaux comme le PEEK, résistant à des températures allant jusqu’à 250°C.